模電第3版電子教案第5章課件

1、第5章 教學(xué)基本要求要知道1. 有源濾波器類(lèi)型和用途；2. 一階低通濾波器的幾種基本電路形式；3. 測(cè)量放大器的基本結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和用途；4. 高精度半波整流特點(diǎn);5. 集成隔離放大器用途;6. 集成運(yùn)放使用常識(shí)和單電源使用方法. 會(huì)判斷一階低通濾波電路的截止頻率和阻容值；測(cè)量放大器輸出電壓。會(huì)選用有源濾波電路類(lèi)型、集成運(yùn)放運(yùn)算電路中電阻值。集成運(yùn)放在信號(hào)處理方面的應(yīng)用第 5 章5.1.1 基本概念5.1.2 一階低通濾波電路5.1有源濾波電路(Active Filters)5.1.3 一階高通濾波電路5.1.4 帶通、帶阻濾波電路5.1.1 基本概念濾波器 有用頻率信號(hào)通過(guò)，無(wú)用頻率信號(hào)被抑制的

2、電路。1.分類(lèi)按處理方法分硬件濾波軟件濾波按所處理信號(hào)分模擬濾波器數(shù)字濾波器按構(gòu)成器件分無(wú)源濾波器有源濾波器按頻率特性分低通濾波器高通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器按傳遞函數(shù)分一階濾波器二階濾波器 :n 階濾波器2. 理想濾波器的頻率特性：ffff通帶 阻帶通帶通帶 阻帶 通帶阻帶 通帶 阻帶阻帶AupAupAupAupfHfL f0 fHfLfH f0 fL低通高通帶通帶阻3. 有源濾波器無(wú)源濾波器 由無(wú)源元件 R、L、C 構(gòu)成的濾波電路。有源濾波器 由有源器件、集成運(yùn)放 + R、L、C 構(gòu)成。優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、能放大、帶載能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：受集成運(yùn)放上限頻率限制，一般使用頻率在幾kHz以下。高

3、于幾kHz采用LC濾波器，帶通采用陶瓷、聲表面波濾波器。5.1.2 一階低通濾波電路LPF(Low Pass Filter)一、頻率特性表達(dá)式uOR8CRuIu+uORf8CR1RuIu+電壓跟隨器同相放大器通帶電壓放大倍數(shù)RC網(wǎng)絡(luò).頻率特性表達(dá)式特點(diǎn)：電壓串聯(lián)負(fù)反饋Ri 109 Ro 0.1 8CR1RRuOuI反相放大器其中，Aup = R /R1 反相比例放大器的放大倍數(shù)所以：fn = 1/2RC 特征頻率當(dāng) f = fn 時(shí)，所以： fn = 1/2RC = fH 低通截止頻率二、對(duì)數(shù)幅頻特性曲線歸一化幅頻特性0.1 1 10 102 0f / fn-320-20 dB/十倍頻5.1.

4、3 一階高通濾波電路HPF(High Pass Filter)一、頻率特性表達(dá)式uORf8CR1RuIu+通帶電壓放大倍數(shù)：當(dāng) f = fn 時(shí)，所以： fn = 1/2RC = fL 高通截止頻率二、對(duì)數(shù)幅頻特性曲線歸一化幅頻特性0.1 1 10 102 0f / fn-320-20 dB/十倍頻一階濾波器的問(wèn)題：幅頻特性在阻帶區(qū)衰減不夠快。改進(jìn)思路：增加 RC 濾波的階次。5.1.4 帶通、帶阻濾波電路一、帶通濾波電路BPF (Band Pass Filter)構(gòu)成思路：ffHffLffLfHf0fH fL8CR1RfRCR3R2uOuILPFBPF= R二階壓控電壓源 BPF= 2R8C

5、R1RfRCR3R2uOuI= R= 2R中心頻率：等效品質(zhì)因素：Q = 1/(3 - Aup)通帶電壓放大倍數(shù)：Au0 = Aup /(3 - Aup)0.1 1 10 102 0f / fnQ = 1Q = 10-3BWQ 越大，帶寬越窄，通帶選擇性越好。二、帶阻濾波電路 BEF (Band Elimination Filter) （陷波器）思路：低通高通uIuOffHffLffLfHf L fH雙T二階壓控電壓源BEFQ = 1/2(2 - Aup)例 5.1.1為消除 50Hz的交流干擾，要求 Q = 10，選元件值。解取C = 47 000 pF取 R = 68 kR / 2用兩只

6、68 k電阻并聯(lián)2C 用兩只 47 000 pF電容并聯(lián)Q = 1/2(2 - Aup)= 10 Aup= 1.95Rf /R1 = R + R= 136 kR1 = 279.15 k = 270 k + 9.1 k Rf = 0.95 R1 R1 = 256.5 k = 240 k + 16 k 5.2.1 精密差分測(cè)量放大電路5.2.2 集成精密測(cè)量放大器5.2精密儀用放大電路 5.2.1 精密差分測(cè)量放大電路電阻橋同相輸入放大電路電壓串聯(lián)負(fù)反饋輸入電阻很高差分放大電路輸入信號(hào)之差為0則輸出為05.2.1 精密差分測(cè)量放大電路uo1uo2對(duì)共模信號(hào)：uO1 = uO2 則 uO = 0對(duì)差

7、模信號(hào)：R1 中點(diǎn)為交流地采用精密電阻以減少誤差5.2.2 集成精密測(cè)量放大器一、概述 將高性能集成運(yùn)放和精密電阻集成在單片電路中，能獲得極高的精度和溫度穩(wěn)定性。常用集成精密放大器：LH0036、LH0037、LH0038、 LF352、AD521、AD522超精度集成精密放大器：INA101、INA104低功耗集成精密放大器：INA102精密型集成精密放大器：LM163、LM363數(shù)字可控增益型集成精密放大器：LH0086低漂移廉價(jià)型集成精密放大器：3626、3629二、INA101M型測(cè)量放大器簡(jiǎn)介輸入限幅保護(hù)消除失調(diào)電壓調(diào)節(jié)放大倍數(shù)當(dāng) RG = 40.04 時(shí)， uO = 1 000。

8、三、應(yīng)用舉例 心電信號(hào)放大電路5.3 高精度整流電路 5.3 高精度整流電路 uI8R1RRuOuOD1D2iIiF運(yùn)放輸入輸出反相D1、D2 同時(shí)只有一只導(dǎo)通當(dāng) uI 0, uO 0D2 導(dǎo)通，D1、截止，R上無(wú)電流uO= u = 0當(dāng) uI 0D1導(dǎo)通，D2、截止tO23uitO23uO傳輸特性O(shè)uiuO即使 uI小于二極管起始導(dǎo)通電壓，輸出仍為 uI ，故為精密整流。高精度半波整流電路5.4集成隔離放大器 5.4 集成隔離放大器 功能：輸入和輸出全隔離，在測(cè)量信號(hào)在傳輸過(guò)程中疊加幾百甚至幾千伏共模干擾時(shí)，仍能對(duì)有用小信號(hào)進(jìn)行測(cè)量放大。用途：遠(yuǎn)距離傳輸應(yīng)用：巡回檢測(cè)、計(jì)算機(jī)接口、電子設(shè)備、

9、醫(yī)療監(jiān)護(hù)。 類(lèi)型： 光電隔離：ISO100、3650 3655等 電容隔離：ISO122P等 變壓器隔離：3656、AD293、AD294等AD289集成隔離放大器內(nèi)部組成變壓器隔離外接電源振蕩器產(chǎn)生振蕩,作為變壓器輸入輸出信號(hào)輸入 信號(hào)輸出外接電阻Rg，使增益（1+ Rf / Rg ）可調(diào)Rg電路的關(guān)鍵點(diǎn)：輸入、輸出和電源的接地端相互隔離。179AD289的引腳和典型接法 主要參數(shù) 電壓電壓 V+= 10 15 V 工作電流 I+ 30 mA 輸入信號(hào)范圍 0 5 V 增益范圍 Au= 2 100 輸出電壓 uo 10 V 輸入電阻 Ri 10M 輸出電阻 Ro 1共模抑制比 KCMR 10

10、4dB輸出隔離電源： VISO= 10 V IISO= 5 mA BW= 1 kHz5.5 集成運(yùn)放在使用中的一些問(wèn)題5.5 集成運(yùn)放在使用中的一些問(wèn)題一、合理選用集成運(yùn)放兼顧性能要求和經(jīng)濟(jì)性，選用：高放大倍數(shù)的通用型、高阻抗、低漂移、低功耗、高速、寬帶、高壓、大功率。二、了解集成運(yùn)放引腳功能三、集成運(yùn)放消振和調(diào)零四、集成運(yùn)放的保護(hù)措施五、集成運(yùn)放電路外接電阻值的選取六、雙電源改用單電源的交流放大電路三、集成運(yùn)放消振和調(diào)零1. 自激的消除大多數(shù)集成運(yùn)放內(nèi)部已設(shè)置消振的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，有些需外接。2. 電路的調(diào)零(1) 有專(zhuān)用引腳外接調(diào)零電位器F004使輸入端接地，調(diào)節(jié)RP，使輸出為0。(2) 有專(zhuān)用

11、引腳外接調(diào)零電位器反相輸入端調(diào)零同相輸入端調(diào)零* 應(yīng)注意對(duì)電壓傳輸特性和輸入阻抗的影響。* 無(wú)法調(diào)零時(shí)，應(yīng)檢查接線、焊接是否造成開(kāi)環(huán)，或器件損壞。四、集成運(yùn)放的保護(hù)措施1. 電源保護(hù)防止電源接反，串二極管保護(hù)。2. 輸入保護(hù)為防止差模或共模信號(hào)過(guò)大，損壞輸入級(jí)或引起自鎖，采用二極管限幅。限制差模信號(hào)限制共模信號(hào)3. 輸出保護(hù)為防止輸出端觸及外不高電壓引起過(guò)流或擊穿，可采用穩(wěn)壓管限幅。uS8R1RPRfuODZuS8R1RPRfuODZUOM = (UZ + UD)uS8R1R2RfuOiIiFiO五、集成運(yùn)放電路外接電阻值的選取電阻太小將超過(guò)運(yùn)放最大負(fù)載能力，也降低輸入阻抗，增加信號(hào)源負(fù)載。兆歐級(jí)電阻阻值隨溫度和時(shí)間變化產(chǎn)生時(shí)效誤差，還因 IIO 引起